中山大学2014生物化学上历年考试习题总结 - 图文

中山大学生命科学学院试卷

2005

1．酶为什么具有催化功能？（4分）

答：酶可以降低反应的活化能，使反应速度加快【2分】，降低活化能的因素有：（1）酶与底物的相互诱导结合产生结合能【1分】，包括反应物的商减少效应、脱溶剂效应、电子云的定向重排效应、酶对过渡态的稳定效应；（2）活性中心特殊基团的催化作用【1分】，包括酸碱催化、共键催化、金属离子催化等。 2．为什么糜蛋白酶（Chymotrypsin）属于丝氨酸蛋白水解酶家族？你还知道那些丝氨酸蛋白水解酶以及蛋白水解酶家族？（4分） 答：糜蛋白酶活性中心的Ser残基在蛋白质水解反应中起重要的催化作用【1】——

酸碱催化和共价催化【1】。

其它丝氨酸蛋白酶如：trypsin （胰蛋白酶）， elastase （弹性蛋白酶），subtilisin （枯草杆菌蛋白酶，thrombin（凝血酶），plasmin（血纤维蛋白溶酶）等【中英文皆可，写出两个以上给1分，写出1个给0.5分】。

其它蛋白水解酶家族：天冬氨酸（Asp）蛋白水解酶家族，光氨酸（Cys）蛋白水解酶家族，金属蛋白水解酶家族等【中英文皆可，写出两个以上给1分，写出1个给0.5分】。 3．酶为什么具有最适催化温度和pH值？（4分） 答：最适温度：温度的升高可以使任何化

学反应的速度加快【1分】；过高的温度会使酶的构象变化，使酶的催化能力降低【1分】，矛盾双方的调和使酶有一个最佳的催化温度。

最适pH值：酶的酸碱或共价催化需要催化基团处于质子化或脱质子化状态【1分】，对pH有依赖性；同时pH的变化对稳定酶构象的相互作用，特别是静电相互作用有较大影响【1分】。上述因素的综合，会使酶有一个最佳的催化pH值。 4．糜蛋白酶的催化动力学曲线与肌红蛋白的氧合曲线类似；天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）是一个变构酶，它的催化动力学曲线是否与血红蛋白的氧合曲线类似，为什么？（4分）

答：类似【2分】。理由：ATCase和血红蛋白都属于寡聚体变构（别构）蛋白，它

们包含多个与底物/效应物结合位点【1分】；某一结合位点与底物/效应物的结合通过构象变化会影响（加强或减弱）到其它位点与底物/效应物的结合（变构

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效应）【1分】。它们的催化或结合动力学不遵从Michaelis-Menten方程（双曲线），一般为S形曲线。

5．糜蛋白酶的一级结构及其激活过程如图所示，这个激活顺序能否颠倒？给出理由（4分） 答：不能颠倒【2分】。理由：可能糜蛋白酶原上只暴露有胰蛋白酶的切割位点（水

解），而糜蛋白酶的切割位点尚未暴露【1分】；当胰蛋白酶对糜蛋白酶原进行切割后，结构会发生调整变化，才暴露出糜蛋白酶（?-Chymotrypsin, ?-Chymotrypsin）的切割位点【1分】。 6．对于人工酶（如环糊精）、核酶（RNA）、抗体酶、同工酶、以及具有催化功能的脂类分子集合体等具有明显区别的概念或对象，你能用什么基本原理将他们统一在―催化‖的旗帜下？给出理由（4分） 答：用酶的催化机理来统一【2分】。理由：这些对象虽然属于不同物质类别或分子

整体结构大不相同，但他们一定有能与他们各自的底物相结合的活性中心，通过各种效应（参见答1）来完成催化功能【2分】，因此，酶不一定是蛋白质，只要是能提供执行催化机理的有序基团集合（即活性中心）的物质（分子）结构，就具有酶的功能。 四、关于膜的组题

1．生物膜有哪些功能？（3分）

答：(1) 形成边界，使细胞与环境隔离【1分】；(2) 使细胞的内部结构分化，形成

不同的功能分区【1分】；(3) 执行物质跨膜运输；(4) 执行对环境的信号转导；(5) 细胞和细胞的直接通讯【后三点答出两点以上给1分，答出一点给0.5分】。 2．膜蛋白有哪些存在方式？（3分）

答：膜蛋白包括整合（跨膜）膜蛋白和外周膜蛋白【0.5分】。跨膜蛋白包括span??-helix和?-barrel两种形式【各0.5分】；外周蛋白与膜结合的方式有lipid linked，lipid bound，span-protein bound【各0.5分】。 3．列举细胞膜的物质运输方式并分类（5分） 答：

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4．离子通道和泵的区别是什么？它们的工作是如何相关的？举例说明（5分） 答：区别：通道为被动运输，泵为主动运输【1分】；通道没有饱和性，泵有类似于

酶与底物结合的饱和性【1分】。

工作相关：通道使跨膜离子梯度倾向于消失，而泵的作用使是建立跨膜离子梯度【1分】。例如，细胞膜内K离子浓度大大高于膜外，而Na离子浓度正好与此相反，K离子通道和Na离子通道的开关产生静息电位和动作电位，使K离子和Na离子浓度梯度趋于消失，而Na-K泵则逆着浓度梯度使K离子运入膜内，Na离子运出膜外，维持膜两侧的K离子和Na离子浓度梯度 五、关于信号转导的组题

1. 生物信号（Biosignaling）有那些基本特征？ （2分）

答：Specificity 【0.5分】，amplification 【0.5分】，Desensitization/Adaptation 【0.5

分】，Integration 【0.5分】 2. 描述GTP-结合蛋白（G-蛋白）活化和失活的调节机制 （4分）

答：Ligand 同G蛋白偶联受体结合，G蛋白磷酸化，GDP变为GTP【1分】,α同βγ亚基分离，结合下游蛋白，发挥信号传导作用【1分】；当α亚基脱磷酸化，GTP重新替换为GDP【1分】， α同βγ亚基重新结合，恢复循环初始状态【1分】 3. 以G-蛋白偶联受体为例，描述细胞信号转导的基本要素、途径和产生细胞应答的机制（8分） 答：基本要素：受体【0.5分】，G蛋白【0.5分】，产生第二信使的酶【0.5分】，第二信使及相应下游蛋白【0.5分】； 途径及机制：以PKA途径为例：Ligand 同G蛋白偶联受体结合，G蛋白磷酸化，GDP变为GTP,α同βγ亚基分离，结合位于细胞膜上的腺苷酸环化酶（AC），活化后的AC催化AMP环化为CAMP，第二信使CAMP再活化PKC等蛋白激酶，进一步激活下游的信号传导途径，最终达到把信息传递给细胞质的目的蛋白或调节细胞核内目的基因表达的目的【5分】；当α亚基脱磷酸化，GTP重新替换为GDP， α同βγ亚基重新结合，恢复循环初始状态。同时，细胞内多种脱磷酸化及其它修饰机制有效对信号的传递过程产生反馈和控制作用【1分】。 4. 生物分子之间的相互作用是由其立体结构所决定的（Stereo-specific），请从小生物分子（small bio-molecules）的代谢和感觉系统（sensory systems）中各举一个例子说明 （3分） 答：小生物分子的代谢（small bio-molecule）：氧与血红蛋白的结合是由其立体结构决定的，例如与之结构相似的一氧化碳也能竞争结合到血红蛋白上。【1.5分】 感觉系统（sensory system）：Rhodopsin（视紫红质），the photoreceptor in rod cell，changes structure from 11-cis-retinal into all-trans-retinal。【1.5分】其它小生物分子的代谢（如糖代谢、离子通道等）、感觉系统中（如嗅觉、味觉）的例子举出一个各给1.5分。

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5. 举一个简单的例子，说明细胞信号转导异常与疾病发生的关系 （3分）

答：疾病名称【1分】；疾病简单描述【1分】；同信号转导异常的关系【1分】（例：编码Ras蛋白－一种小分子G蛋白的基因发生变异，细胞内信号传导途径改变，细胞增殖失去控制，往往是导致多种癌症发生的原因。）

生物化学I（2006年秋季学期, A卷）

I.简答题（共25小题，每小题4分，超过50分以50分计入总分） 1．哪些标准氨基酸含两个手性碳原子？写出它们的Fisher投影式。（4′） 2．为什么SDS变性电泳可以估算蛋白质的分子量？（4′） 3．Mass spectroscopy在生物大分子研究中有什么应用？（4′）

4．?-Keratin、Collagen、Silk fibroin的二级结构和氨基酸组成有何特点？（4′） 5．根据二级结构的组成和排列可将蛋白质结构分为哪些类型？（4′） 6．蛋白质in vivo条件下的折叠有哪些辅助因子？（4′）

7．蛋白质在与其他分子的相互作用中发挥作用，这种相互作用有何特点？（4′） 8．哪些因素可以导致Hemoglobin与O2的亲和力增加？（4′） 9．图示抗体的一般结构（包括结构域及可能的二硫键）。（4′） 10．构成肌肉粗丝和细丝的蛋白分子有哪些，各有什么功能？（4′） 11．写出蛋白质氨基酸测序的基本步骤。（4′）

12．什么是酶催化的过渡态理论？列出你所知道的支持证据？（4′） 13．酶的可逆抑制剂有几类？它们的抑制动力学各有何特点？（4′） 14．酶在体内的活性是如何受到调控的？（4′） 15．淀粉与纤维素的结构有何区别？（4′）

16．细胞膜表面的Glycoprotein和Glycolipid有哪些生物学功能？（4′） 17．细胞内的DNA可能会出现哪些异常结构，他们有什么生物学意义？（4′） 18．膜脂的分类及其结构特点（4′） 19．生物膜的功能有哪些？（4′）

20．膜蛋白以哪些方式参与生物膜的构成？（4′）

21．图示secondary active transport，uniport，symport，antiport. （4′） 22．Acetylcholine receptor通道是如何控制开关的？（4′） 23．K＋离子通道是如何对通过的离子进行选择的？（4′） 24．膜电位是怎样控制Na＋通道开关的（可图示并说明）？（4′） 25．Ca2+泵和Na+-K+泵的异同点。（4′）

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I．评分标准调整为：低于60分以实际分值计入总分，超过60分以60分计入总分。每小题分值也作相应调整，具体情况见下。【中英文答题均可】

1．苏氨酸 Thr【1′】 【2′】；异亮氨酸 Ile【1′】 【2′】

2．① SDS能够与蛋白质结合，导致蛋白质变性。不同蛋白质-SDS复合物形状也相

似，都呈椭圆状；【2′】

③ 大量SDS的负电荷消除了不同种类蛋白质间的电荷符号的差异，蛋白分子越大结合的SDS越多，各蛋白质-SDS复合物的电荷密度（或荷质比）趋于一致；【2′】

④ 自由电泳时，它们的泳动率基本相同，而在适宜浓度的聚丙烯酰胺凝胶介质中电泳时，由于凝胶的分子筛效应，电泳迁移率就取决于蛋白质-SDS复合物的大小，也可以说是取决于蛋白质分子量的大小。【2′】 3．① MS可以很高精度地测定生物大分子的分子量；【2′】 ② 串联MS可以用于DNA；【2′】 ③和蛋白质测序。【2′】 4． 二级结构 氨基酸组成

Silk fibroin ?-Sheet【1′】 ?-Keratin ?-Helix【1′】 ?-Chain【1′】 Phe, Ile, Val, Met, and Ala等疏水氨基酸残疾丰富，并含有大量Cys【1′】 Gly-X-Pro或 Gly-X-Hyp重复，Gly-Pro-Hyp出现频率最高【1′】 主要为Gly和Ala【1′】 Collagen 5．All ?，all ?，?＋?，?/??【每个1′】 6．① Chaperone proteins/Molecular Chaperone；【1′】

② Isomerases 【1′】including protein disulfide isomerase (PDI)【1′】and Peptidyl prolyl isomerases (PPI)【1′】 7．① Reversible；【1′】

② Structural complementary【1′】 ＆ specific；【1′】 ③ Structural dynamicness【1′】 8．① 氧分压升高；【1′】 ② pH值升高【1′】； ③ BPG浓度降低【1′】； 9．【6′】

① “Y”字型，轻链（L）重链（H）【2′】 ② 不变区（C）可变区（V）【2′】； ③ 二硫键位置和数量正确【2′】；

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10．① Myosinmolecule（肌球蛋白分子），构成粗肌丝，分子头部有ATP结合位点

和肌动蛋白结合位点；【2′】 ② Actin molecule（肌动蛋白分子），构成细肌丝主体；【2′】 ③ Tropomyosin molecule（原肌球蛋白分子），覆盖或暴露细肌丝上肌球蛋白分

子的结合位点；【2′】

④ Troponin molecule（肌钙蛋白分子），与原肌球蛋白分子相连，通过与钙离子

结合调控粗丝和细丝的结合与解离。【2′】

11． Step1: Analysis of aa composition；【1′】

Step2: Breaking disulfide bonds if existing；【1′】

Step3: Cleaving large peptide into small；【1′】 Step4: Sequencing of the small peptides；【1′】 Step5: Ordering the small peptides； 【1′】 Step6: Locating disulfide bonds if existing.【1′】

12．① 酶与反应过度态结构的契合程度高于酶与底物的契合程度；【3′】

② 证据：对底物结构的修饰对Km改变较小而Kcat改变较大；【1′】

过度态类似物与酶的亲和力显著高于底物与酶的亲和力；【1′】 抗体酶的成功.【1′】 13．① Competitive inhibitor（竞争性抑制剂）【1′】，抑制剂浓度增加测得的Km值增

加，但Vmax不变；【1′】

② Uncompetitive inhibitor（反竟争性抑制剂）【1′】，抑制剂浓度增加，测得的

Km值和Vmax都减小；【1′】 ③ Mixed inhibitor（混合性抑制剂）【1′】，抑制剂浓度增加，Km值增加但Vmax

减小；【1′】

④ Noncompetitive inhibitor（非竞争性抑制剂）【1′】，是混合性抑制剂的特殊类

型，抑制剂浓度增加，Vmax减小但Km值不变。【1′】 14．① Allosteric regulation（变构调节）；【1′】 ② Covalent mo dification（共价修饰）；【1′】 ③ Proteolytic cleavage（水解激活）；【1′】

④ Gene regulation: changing the amount of specific enzymes【1′】。

15．① 淀粉的单体为?-D-glucose【1′】，通过??1→4)糖苷键连接【1′】，其三维结构

为螺旋型【1′】；

② 纤维素的单体?-D-glucose【1′】，通过??1→4)糖苷键连接【1′】，其三维结构

为直线型【1′】。 16．【列举一项给一分，不超过4分】细胞表面的Glycoprotein和Glycolipid上的糖链可能是：病毒的受体；毒素的受体；细胞黏附分子；抗原?? 17．Z-DNA【1′】，triple helix【1′】，tetraplex【1′】；与replication, recombination, transcription

启动和调节有关【1′】。

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18．【列出脂的种类3分，指出脂的骨架结构给3分】

头部 骨架 尾部

19．① Boundary ＆ permeability；【1′】

② Organization ＆ localization of function；【1′】 ③ Transport process；【1′】 ④ Signal transduction；【1′】

⑤ Cell-to-cell communication【1′】

20．① Peripheral membrane proteins【1′】：lipid linked【0.5′】，lipid bound【0.5′】，protein

bound【0.5′】；

② Integral membrane proteins【1′】：single span ?-helix【0.5′】，multispan ?-helix【0.5′】，?-barrel【0.5′】。 21．secondary active transport【2′】，uniport【1′】，symport【1′】，antiport【1′】.

22．【5′】

文字叙述亦可

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磷脂 （phospholipid） 含磷酸基团 甘油 神经鞘氨醇 糖脂 （glycolipid） 含糖基 神经鞘氨醇 甘油 固醇 （cholesterol） 又称为鞘脂 脂肪酸 脂肪酸 中山大学生命科学学院试卷

23．【5′】

文字叙述亦可

24．【5′】

文字叙述亦可

25．相同点：跨膜蛋白【0.5′】，消耗ATP【0.5′】，磷酸化【0.5′】，饱和性【0.5′】；

2+++

不同点：Ca泵为uniport【0.5′】，Na-K泵为uniport【0.5′】。 II~IV题评分标准调整为：低于20分以实际分值计入总分，超过20分以20分计入总分，具体情况见下。【中英文答题均可】 II．答案要点 1．30％硫酸铵沉淀，离心取上清，上清中主要蛋白为protein1、2、3和?-galactosidase；

【2′】 2．45％硫酸铵沉淀，离心去上清留沉淀，沉淀中主要蛋白为protein1和?-galactosidase；

【2′】

3．溶解沉淀，脱盐，浓缩，凝胶过滤层析，收集最先流出组分，主要蛋白为?-galactosidase；【2′】

4．将步骤3得到的样品（pH7）进行离子交换层析（阴离子交换树脂，NaCl梯度洗脱）；【2′】

5．对步骤4得到的各组分进行SDS-PAGE变性电泳，根据分子量鉴定各组分及纯度。如有必要可重复3/4 【2′】

如没有步骤1扣1分，步骤3和2颠倒扣1分

III. You are working on a compound as a potential drug that inhibits an overproduced enzyme whose uncontrolled activity leads to uncontrolled cell proliferation (cancer). A steady-state kinetic analysis of the enzyme-catalyzed reaction was carried out, with velocities measured as a function of the concentration of the substrate in the absence and in the presence of 10 nM inhibitor. The results of the kinetics experiment are plotted for you below. Please answer the following questions. (10 pts)

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1. What type of inhibitor is this compound (be as specific as you can)? Show the diagram of the

inhibitor’s mechanism (by E denoting enzyme, S denoting substrate, I denoting inhibitor; for example: ES ). E+PE+S2. Calculate the Km, Kcat in the absence of inhibitor andKmapp, Kcatapp in the presence of inhibitor

(app denoting apparent. The total concentration of enzyme is 2nM). 3. Calculate the inhibitor constant KI.

III．答案要点

1．① Noncompetitive inhibitor，a special mixed inhibitor【1pts】 ② 【2pts】

2．Km ＝ 1/0.8 ＝ 1.25 μM【1pt】

Kcat ＝ Vmax/[E] ＝ 1/（2×10－6）＝ 5×105 mM/s【1pt】 Kmapp ＝ 1.25 μM【1pt】

Kcatapp ＝ （1/4）/ （2×10－6）＝ 1.25×105 mM/s【1pt】

3．??＝ (1＋[I]/KI) ＝ Vmax / Vmaxapp【1pt】

KI ＝ [I]/( Vmax / Vmaxapp －1) ＝ 10×10－6/（4－1）＝ 3.3×10－6 mM【2pts】

IV. Lysozyme destroys the cell wall of bacteria by catalyzing the hydrolysis of 1,4-β-linkages between

N-acetylmuramic acid (NAM) and N-acetyl-D-glucosamine (NAG) residues in a peptidoglycan. Six hexoses of the substrate fit into the active site of lysozyme, a deep cleft across part of the globular protein surface this cleft. Figure A shows the hydrolytic process of 1,4-β-linkages between NAM and NAG and figure B shows the pH-activity profile of lysozyme. Please answer the following questions 1. What can you talk about the figure B in accord with the enzymatic mechanism? 2. What can you talk about the figure C in accord with the enzymatic mechanism?

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3. calculate the ratio of the enzyme molecules which really work at pH 3.8, 5.2, 6.6 to all enzyme

molecules, and explain figure B according to your calculation (pH = pKa + lg([A-]/[HA])； pKaGlu = 5.9, pKaAsp = 4.5；102.1≈126，100.7≈5). A

B

Figure A Figure B

Figure Figure C 10

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IV．答案要点

1． 酶与底物的相互诱导结合产生结合能，使反应的活化能降低：包括反应物的商

减少效应、脱溶剂效应、电子云的定向重排效应、酶对过渡态的稳定效应；【4′】 2． 该反应过程包括酸（GLu35）碱（Asp52）催化和共价催化（Asp52）；【4′】 3． ① pH3.8【3′】

lg([Asp-]/[HAsp]) ＝ pH – pKa ＝ 3.8 – 4.5 = -0.7，[Asp-]/[HAsp] ＝ 1/5 起碱作用的Asp所占比例

[Asp-] /（[HAsp]＋[Asp-]）＝ [Asp-]/（5[Asp-]＋[Asp-]）＝ 1/6

同理，lg([Glu-]/[HGlu]) ＝ 3.8 – 5.9 ＝ -2.1，[Glu-]/[HGlu] ＝ 1/126 起酸作用的Glu所占比例

[HGlu]/（[HGlu]＋[Glu-]）＝ [HGlu]/（[HGlu]/126＋[HGlu]）＝ 126/127 真正能工作的酶分子比例＝（1/6）×（126/127）≈ 16.5% ② pH5.2【3′】

类似①的计算，此时真正能工作的酶分子比例＝（5/6）×（5/6）≈ 69.4% ③ pH 6.6【3′】

类似①的计算，此时真正能工作的酶分子比例＝（126/127）×（1/6）≈ 16.5%

此计算说明，反应体系pH值的变化影响作为催化基团GLu35和Asp52的解离状态，从而影响酸碱催化和共价催化。要使溶菌酶保持高活性，需要一个恰当的pH值—所谓最佳催化pH值【3′】。

生物化学I（2010年秋季学期, A卷）

1. 简述胶原蛋白和蚕丝蛋白在氨基酸组成、结构、功能方面的特点（7分） 要点：

胶原蛋白 结构特点 氨基酸组成 功能特点 二级结构为?-Chain；三条Gly-X-Pro或 Gly-X-Hyp重复，坚韧、不伸长（抗牵拉强?-Chain右旋缠绕形成胶原分子 Gly-Pro-Hyp出现频率最高 度大） 二级结构为?-Sheet；多层?-Sheet构成蚕丝蛋白 主要为Gly和Ala ?-Sheet间可滑动，延展性好（表现为弹性好） 蚕丝蛋白 2. 简述淀粉和纤维素的单糖组成、结构和功能特点。（6分）

单糖组成 淀粉 纤维素 ??D?葡萄糖 结构特点 功能特点 主要由?（?，?）糖苷键连接；作为能量储存物质 螺旋形空间结构 主要由?（?，?）糖苷键连接；直链线状结构，有链间氢键 机械强度高，作为植物细胞、组织的结构成分 ??D?葡萄糖 11

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3. 简述构成生物膜的脂的种类和结构特点。（7分）

头部 骨架 尾部 磷脂 （phospholipid） 含磷酸基团 甘油 神经鞘氨醇 糖脂 （glycolipid） 含糖基 神经鞘氨醇 甘油 固醇 （cholesterol） 又称为鞘脂 脂肪酸 脂肪酸 4. 简述Sanger DNA测序的原理?给出一个实现该方法自动化的方案？（7分） (1)4种同位素标记的双脱氧核苷酸（ddNTP）分别加入4个测序反应体系中，ddNTP将随机在某个碱基终止聚合酶对测序引物（新生DNA链）的延伸，每个反应体系中产生一系列大小不同的单链DNA分子，4个反应体系总和起来看，大小不同的单链DNA分子之间只相差1个碱基。然后，4个反应体系的产物在各自独立的泳道进行高分辨的PAGE电泳分离，从电泳PAGE胶上读出我们需要的序列。 (2)自动化方案1：将4种双脱氧核苷酸（ddNTP）标记上4种不同的荧光基团，在一个反应体系中完成测序反应，产物在进行高分辨PAGE电泳分离的同时使用激光激发和荧光探测，直接记录出电泳条带的顺序即碱基顺序；【4分】 自动化方案2：将4种不同的荧光基团标记在测序引物上，与经典Sanger方法相同分为4个反应体系，这样，4种ddNTP分别与4中荧光标记的引物应，也相当于知道了某终止ddNTP的颜色。之后的检测与方案1相同。 5. 简述离子交换层析和凝胶过滤层析的原理。（7分）

（1） 离子交换层析：固定相由带负电（阴离子）或正电（阳离子）的介质（如树

脂或纤维素）组成，依据流动相中的组分离子与固定相离子的结合力大小的差别而进行分离；带正电荷的固定相表面发生不同的阴离子交换，称为阴离子交换层析树脂；带负电荷的固定相表面发生不同的阳离子交换，称为阳离子交换层析。（4分） （2） 凝胶过滤层析：固定相为多孔凝胶，孔径大小不一；分离样品分子的大小不一，大的不进入孔内直接下来，速度最快；中等大小的进入大孔中，下来速度较慢；小的则进入大小孔中，下来速度最慢；因此凝胶层析又称分子筛过滤、排阻层析等。（3分） 6. 简述骨骼肌收缩的分子机制。（10分，不必描述结构细节） 答案要点：（围绕以下两点展开，主要展开第2点） （1） 粗肌丝由肌球蛋白分子构成，分子头部有ATP结合位点和肌动蛋白结合位点，

细肌丝主体由肌动蛋白分子构成；

（2） 肌球蛋白分子没有与ATP结合时，其肌动蛋白结合位点与肌动蛋白结合，当

肌球蛋白结合ATP时，其与肌动蛋白解离。

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7. 下图为某蛋白质飘带模型在三个不同角度的视图，回答：（1）该蛋白有几个α螺

旋和几个β折叠？（2）什么氨基酸残基在标有数字之处出现的概率高？（3）如

果该蛋白的分子量为5500，它大概含多少个氨基酸残基？（4）肽键可在纯水中稳定约1000年，你如何使用该蛋白在24小时内验证这个结论？（12分）

（1） 1α螺旋和1β折叠；

（2） 1，2处出现疏水氨基酸残基概率高（因在蛋白质内部）；3，4处出现亲水氨

基酸残基概率高（因在蛋白质外部）；5处Gly、Pro残基出现的概率高（因在β转角处）；6处Glu 或 Asp残基出现概率高（因在α螺旋的N端）；7处Lys或Arg或His残基出现概率高（因在α螺旋的C端）；

（3） 氨基酸残基的平均分子量为110，所以该蛋白含5500/110=50个氨基酸残基； （4） 肽键在纯水中稳定约1000年，说明在24小时内观察到1个肽键水解的概率

为1/（1000×365）；要想用该蛋白（1分子含49个肽键）来验证，在24小时内使“观察到至少1个肽键水解”成为“必然”事件，所需肽键数目>>1000×365，则应该保证纯水中该蛋白的量为>>1000×365/49个分子。

8. 为什么酶能降低反应的活化能？糜蛋白酶底物类似物的结构及其酶动力学参数如下图，为什么它们支持酶的过渡态理论？你有什么方法可以获得一个蛋白质，使它具有很好的酶活性？（12） （1） 酶与底物的相互诱导结合产生结合能，包括反应物的商减少效应、脱溶剂效

应、电子云的定向重排效应、酶对过渡态的稳定效应；以及活性中心特殊基团的催化作用，包括酸碱催化、共价催化、金属离子催化等；

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（2） Km虽然不是解离常数，不能完全等价于酶与底物的亲和力，但可以部分反映

酶与底物亲和力的情况，在底物结构出现明显变化并与天然底物越来越接近时（A→B→C），Km并没有明显增加；Kcat反映酶与反应的过度态契合程度，即酶与过渡态结构契合程度高会增加过渡态的稳定性，降低活化能而增加反应速度（Kcat），而过渡态结构与底物结构正相关，越正确的底物其过渡态结构也越正确，反应的Kcat也越大，符合本实验的数据。上诉分析符合“酶与过渡态结构的契合程度高于与底物的契合程度”命题，不符合它的相反命题“酶与底物的契合程度高于与过渡态结构的契合程度”。【还有第三个命题----“酶与过渡态结构的契合程度等于与底物的契合程度”，如果这样，酶不会降低反应的活化能，增加反应速度】；

（3） 寻找该反应过渡态的类似物，以它为抗原免疫动物制作抗体，在获得的抗体

中有可能筛选到具有该酶活性的抗体，即抗体酶。 9. 根据下图说明葡萄糖在小肠被吸收进入血液循环的机制（12分）

不能将本题答成看图说话，把图简单翻译成文字。

（1） 小肠绒毛上皮细胞中的葡萄糖浓度高于小肠肠腔中的葡萄糖浓度，葡萄糖从

肠道进入小肠绒毛上皮细胞逆浓度梯度而行，必然消耗能量，是主动运输。这个主动运输的能量来自于Na离子从肠腔到小肠绒毛上皮细胞内的从高到低的浓度梯度，两者的藕合由小肠绒毛上皮细胞Apical面的symport转运体完成； （2） 小肠绒毛上皮细胞中的葡萄糖浓度高于小肠毛细血管血液中的葡萄糖浓度，

葡萄糖从小肠绒毛上皮细胞顺浓度梯度进入血液，不消耗能量，是被动运输，由小肠绒毛上皮细胞Basal面的葡萄糖转运体完成； （3） 为了维持小肠绒毛上皮细胞中的Na离子浓度低于小肠肠腔中的Na离子浓度，

在小肠绒毛上皮细胞Apical面上的Na-K泵消耗ATP，不断将Na离子从小肠绒毛上皮细胞泵入血液（同时泵入K离子），这是主动运输； （4） Basal面的Na-K泵是一级主动运输，Apical面的Na-Glucose Symport是二级

主动运输，两者联合完成葡萄糖的吸收。因此整个过程是消耗ATP的主动运输。 10. 请以G蛋白偶联受体为例，说明：（a）细胞信号转导的主要特征；（b）细胞信号转导的基本要素、途径和产生细胞应答的机制；（c）GTP-结合蛋白（G－蛋白）的特征及其活化和失活的调节机制（可用图示说明）（每小题4分，最多12分） （1） 主要特征：Specificity，amplification，Desensitization/Adaptation，Integration；

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（2） 基本要素：受体，G蛋白，产生第二信使的酶，第二信使及相应下游蛋白；

途径及机制：以PKA途径为例：Ligand 同G蛋白偶联受体结合，G蛋白磷酸化，GDP变为GTP,α同βγ亚基分离，结合位于细胞膜上的腺苷酸环化酶（AC），活化后的AC催化AMP环化为CAMP，第二信使CAMP再活化PKC等蛋白激酶，进一步激活下游的信号传导途径，最终达到把信息传递给细胞质的目的蛋白或调节细胞核内目的基因表达的目的； （3） Ligand 同G蛋白偶联受体结合，G蛋白磷酸化，GDP变为GTP,α同βγ亚

基分离，结合下游蛋白，发挥信号传导作用；当α亚基脱磷酸化，GTP重新替换为GDP， α同βγ亚基重新结合，恢复循环初始状态。 11. 简述什么是细胞周期及其时相？举一个简单的例子，说明细胞信号转导异常与疾病发生的关系及其机制（8分） 细胞周期及其时相: 细胞周期（cell cycle)是指细胞从前一次分裂结束起到下一次分裂结束为止的活动过程，分为间期与分裂期两个阶段；间期又分为三期、即DNA合成前期（G1期）、DNA合成期（S期）与DNA合成后期（G2期）; 细胞的有丝分裂（mitosis）需经前、中、后，末期，是一个连续变化过程，由一个母细胞分裂成为两个子细胞。

肿瘤细胞信号转导的改变是多成分、多环节的。肿瘤早期的信号转导异常与肿瘤细胞的高增殖、低分化、凋亡减弱有关。而晚期则是控制细胞粘附和运动性的信号转导异常，导致肿瘤细胞具有转移性。其中可引发肿瘤过度增殖的信号转导异常为：①促细胞增殖的信号转导通路过强，如自分泌或旁分泌的生长因子产生增多、某些生长因子受体过度表达或受体组成型激活、细胞内的信号转导成分如小 G 蛋白 Ras 的突变导致 Ras 持续性激活等；②抑制细胞增殖的信号转导过弱等，如 TGFα 信号转导障碍，结果导致肿瘤增殖失控。

细胞信号转导分子异常既可以作为疾病的直接原因，引起特定疾病的发生，如基因突变所致的 LDL 受体质和量的改变能引起家族性高胆固醇血症；亦可促进疾病的发展，如高血压导致的信号转导异常与高血压心肌肥厚的发生有关。某些信号转导蛋白的基因突变或多态性虽然并不能导致疾病，但它们在决定疾病的严重程度以及疾病对药物的敏感性等方面起重要作用。细胞信号转导异常可以局限于单一成分 ( 如特定受体 ) 或某一环节 ( 如某些遗传病 ) ，亦可同时或先后累及多个环节甚至多条信号转导途径，造成调节信号转导的网络失衡 ( 如肿瘤 ) 。

生物化学I（2007年秋季学期, A卷）

I.填空题（共15小题，每小题2分，共30分）

1. pK1、pK2、pKR分别代表氨基酸的?羧基、?氨基和侧链基团的解离情况，则Lys的pI＝(pK2+pKR)/2 ，Glu的pI＝ (pK1+pKR)/2. .

2. 维持蛋白质高级结构的非共价作用力包括氢键、范德华力 、疏水相互作用、静电相互作用（或盐键） 等.

3. 根据蛋白质的二级结构组成，可将其分为all ?、all ?、 ?+? 、 ?/? 四类.

4. ?角蛋白的二级结构是 ?螺旋（或?-helix） ，含有大量带疏水侧链的氨基酸；同时，?角蛋白还含有丰富的极性侧链氨基酸 半胱氨酸（Cys） . 5. 蛋白质体内折叠需要的辅助分子有分子伴侣、二硫键异构酶（PDIase或PDI） 、 肽基脯酰异构酶（或PPIase或PPI） 等.

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6. 被解析晶体结构的第一个蛋白是 肌红蛋白（myoglobin） ，其辅基是 血红素（heme） .

7. 在抗体基本结构的标示中，H和L代表 H—重链，L—轻链 ，V和C代表 C—不变区，V—可变区 .

8. 生物大分子结构测定的主要方法有 X射线晶体衍射（或X-ray，X-ray crystallography等）；核磁共振（或NMR等） 、电子显微镜等.

9. 酶在体内的活性调节方式有 变构/别构调节（Allosteric regulation） 、共价修饰调节（Covalent modification） 、酶的切割激活等.

10. 列举两个蛋白水解酶家族 Ser蛋白水解酶家族，Asp蛋白水解酶家族，Cys蛋白水解酶家族等 、 .

11. 糖原和淀粉由葡萄糖通过???(1-4)???????????糖苷键连接；纤维素由葡萄糖通过???(1-4)???????????糖苷键连接.

12. 寡糖与蛋白的O连接指 与Ser或Thr的侧链羟基O连接 ，N连接指 与Asn的侧链酰胺基上的N连接 ；

13. 指示某段DNA处于功能活动状态的特殊结构有Z-DNA、三股链（triple helix） 四股链（etraplex） 等.

14. 在Sanger法DNA自动测序中，荧光基团可以标记在 双脱氧核苷酸（ddNTP） 上或标记在 引物的5’端（只写引物也给分） 上.

15. 结构性脂类包括磷脂、糖脂和??固醇（Cholesterol）???????????，有些磷脂、糖脂的骨架不是甘油而是 神经鞘氨醇（sphingosine） ，因此这部分脂又被称为鞘脂. II. 简答题（每小题6分，共30分，1-5题选做3题，6-9题选做2题）

1. 有那些氨基酸残基在蛋白质功能中发挥重要作用？列举三例. Ⅰ.Ser，Thr，Tyr，His，Lys，Arg，Glu，Asp，Gln，Asn，Cys

Ⅱ. 寡（多）糖与蛋白的O连接和N连接；作为酶酸碱催化中的质子供体或受体；蛋白质磷酸化等 每例3分，所举例子必须类型不同，说明较完整，且能体现侧链基团在蛋白质功能中的作用。如His，Asp，Ser，Glu等的侧链基团在酶的机理中的酸碱催化及共价催化作用，Ser，Thr等在蛋白质磷酸化方面的作用，糖蛋白中的N连接和O连接等。每例说明欠完整的给2分。对于比较牵强的举例，不给分或每例可酌情给1分。 2. 为什么酶能降低反应的活化能？

酶可以降低反应的活化能，使反应速度加快【1′】，降低活化能的因素有： （1） 酶与底物的相互诱导结合产生结合能【1′】，包括反应物的商减少效应、脱溶剂效应、电

子云的定向重排效应、酶对过渡态的稳定效应【2′】； (2) 活性中心特殊基团的催化作用【1′】，包括酸碱催化、共价催化、金属离子催化等【1′】

3. 解释Ach受体通道的工作机制（可结合草图说明）.

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4. 细胞膜表面的寡（多）糖有何生物学功能?

细胞表面的Glycoprotein和Glycolipid上的糖链可能是：病毒的受体；毒素的受体；细胞黏附分子；抗原???

5. 物质跨膜运输的类型有那些？ ??????????

6. 根据肌肉收缩的分子机制，解释“尸僵”现象. （1） 粗肌丝由肌球蛋白分子构成，分子头部有ATP结合位点和肌动蛋白结合位点，细肌丝主

体由肌动蛋白分子构成；【1.5’】 （2） 肌球蛋白分子没有与ATP结合时，其肌动蛋白结合位点与肌动蛋白结合，当肌球蛋白结合ATP时，其与肌动蛋白解离；【1.5’】 （3） 人死若干小时后，体内的代谢停止不再产生ATP，遗留的ATP也被耗尽，导致粗丝和细丝结合不再解离---尸僵出现。【3’】 7. 朊病毒引起的疾病又称为“蛋白质构象病”，请从蛋白质折叠的热力学角度解释它的致病机理. （1） 蛋白质有无穷多构象，以横坐标表示其构象状态，纵坐标表示其自由能，则其稳定构象

存在于全局最低点或局部极小点，一般认为天然功能蛋白的构象存在于最低点；【3’】 （2） 朊病毒类蛋白有功能的构象可能只在某局部极小点而不是全局最低点，而无功能的构象可能处于另一某局部极小点，两种构象间的能垒较小，无功能构象容易诱导有功能构象向无功能构象转变；【2’】 （3） 无功能构象蛋白易发生聚集沉淀，导致病变发生。【1’】

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8. 有一多肽，其一级结构可能是直线式的也可能是闭环式的. 你如何尽可能简单地做出鉴别? （1） 方案1：将多肽作适当变性，用羧肽酶水解多肽，然后以原样品做对照进行SDS-PAGE

电泳，若水解样品无条带或明显比原样品条带小，则说明多肽一级结构为直线型，否则为环形【此答案给4分，因为样品不能被水解，还可能其C末端是Pro或Arg或Lys】； （2） 方案2：作酸水解然后分析其氨基酸组成，根据其组成选择用合适的蛋白水解酶水解（一次可能达不到目的），然后以原样品做对照进行SDS-PAGE电泳。假设切点数为n（尽可能小），出现n条带为环形结构，出现n+1条带为线形结构【直接使用此方案给6分】 （3） 方案3；先方案1，不行再方案2【最佳答案】

9. 一级结构决定三维结构，那么如何理解三维结构相似（同）的同源蛋白一级结构的较大差别？ （1） 一级结构相同则其高级结构一定相同，但其逆命题并不成立，高级结构相同并不要求一级结构一定相同【2’】； （2） 高级结构由维持其结构和功能的保守氨基酸及其保守氨基酸在一级结构中的位置决定【2’】； （3） 同源蛋白的高级结构相同（似），不要求他们的一级结构相同，只要求他们的保守氨基酸及其位置相同【2’】. III. A protein of unknown structure has been purified and is subjected to gel filtration

chromatography under different conditions, with the following results: 1) Chromatography under native conditions suggests a molecular weight of 240,000 from comparison to standards of known molecular weight chromatographed on the same column; 2) Chromatography in the presence of 5 M urea yields a single protein peak corresponding to a M.W. of 60,000 from comparison to standards of known molecular weight chromatographed on the same column in urea. 1. What information do the results of (1) and (2) give about the structure of the protein? Describe the

structure as completely as the data permit; 2. On an SDS polyacrylamide gel, the pure protein

shows two stained bands. The relative mobilities of those 2 \bands are shown on the plot below as open circles (O), with the mobilities of 5 known polypeptide standards of M.W. 15,000; 20,000; 30,000, 40,000 and 50,000. Given the results of the SDS gel, how would you alter your description of the protein structure from the description you gave in part 1? Be as specific as you can about your

revised description of the structure, and explain the reason for the altered description.

1. 第一次层析没有尿素，蛋白质亚基不分开，因此蛋白整体的分子量是240，000；第二次层析用了5M的尿素，亚基分离，亚基的分子量是60，000；因此结论是：蛋白由4个相同的亚基（或写部分）构成（240，000=4x60，000）。【5’】 2. 根据SDS-PAGE电泳图大致估算，只出现了约2，500和3，500两条带（不需要计算，从图上大概估算就行），这说明在层析中得到的60，000的亚基是由二硫键连着的一大一小两条多肽链构成。因此，这个蛋白的结构为：25000多肽链与35000多肽链通过二硫键（几个？不知道）相连构成一个单位，再由4个这样的单位（单位间没有二硫键）构成这个蛋白。【5’】

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2011A卷答案

二．有些构象预示DNA正处于活动之中，简述这些构象的特点并指出他们预示了那

些重要活动（5分）

（1）Z-DNA【1分】，triple helix【1分】，tetraplex【1分】

（2）与replication, recombination, transcription启动和调节有关【2分】 三．酶如何降低反应的活化能？为什么它比化学催化剂的效率高和特异性好？（7分） （1）酶如何降低反应的活化能：酶与底物的相互诱导结合产生结合能，包括反应物的商减少效应、脱溶剂效应、电子云的定向重排效应、酶对过渡态的稳定效应；以及活性中心特殊基团的催化作用，包括酸碱催化、共价催化、金属离子催化等【4分】 （2）它比化学催化剂的效率高和特异性好：酶与底物分子在几何结构上互补，相互

作用上相容，决定了酶促反应的特异性好；酶促反应与化学催化剂催化的反应具有相同的物理化学原理，催化效率高在于酶活性中心具有非常精巧的结构，与底物结构互补、作用相容，并且这种互补和相容在酶与底物的相互诱导中动态变化，导致酶促反应中存在“配合默契”的多种催化因素【3分】 四．解释Km和Kcat的各种含义， Kcat/Km比值能说明什么？为什么右图表能支持

酶的过渡态理论？（8分） （1）Km：部分反映酶与底物亲和力，数值上等于能使一半的酶与底物结合所要求的底

物浓度，经验上大致代表某酶在活体中的底物浓度【2分】 （2）Kcat：表观速率常熟（酶的转换数），反映酶的催化效率【1分】

（3）Kcat/Km：说明在进化过程中形成的酶的催化能力与其底物浓度的匹配【2分】 （4）在底物结构出现明显变化并与天然底物越来越接近时（A→B→C），Km并没有明

显增加；酶与过渡态结构契合程度高会增加过渡态的稳定性，降低活化能而增加反应速度（Kcat），越正确的底物其过渡态结构也越正确，反应的Kcat也越大，符合本实验的数据【3分】 五．就物质跨膜转运的重要内容，自拟一道试题，说明出题理由并给出标准答案（10

分）略 六．简述GTP-结合蛋白（G-蛋白）的特征、活化和失活的调节机制；并举两个简单的例子，分别说明G蛋白在正常和病理（疾病）情况下的作用和信号机制（也可分别用不同的例子）（12分） （1）Ligand 同G蛋白偶联受体结合，G蛋白磷酸化，GDP变为GTP,α同βγ亚基分离，结合下游蛋白，发挥信号传导作用；当α亚基脱磷酸化，GTP重新替换为GDP， α同βγ亚基重新结合，恢复循环初始状态【6分】 （2）疾病名称【2分】；疾病简单描述【2分】；同信号转导异常的关系【2分】（例：编码Ras蛋白－一种小分子G蛋白的基因发生变异，细胞内信号传导途径改变，细胞增殖失去控制，往往是导致多种癌症发生的原因）

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七．简述生物信号（Biosignaling）有哪些常见的基本特征？细胞之间（Inter-cellular）信号的常见类型（Scheme）有哪些？（8分）

基本特征：Specificity，amplification，Desensitization/Adaptation，Integration【4分】

自分泌，旁分泌，内分泌（包括神经递质分泌）【4分】

5. 蛋白、脂和糖是如何构成生物膜的？（10分） （1）脂分子头部朝外形成双分子层??【2分】

（2）膜蛋白包括整合（跨膜）膜蛋白和外周膜蛋白【1分】。跨膜蛋白包括 alpha-helix和

beta-barrel两种形式【2分】；外周蛋白与膜结合的方式有lipid linked，lipid bound，span-protein bound【2分 （3）寡糖分子一般在膜的表面，通过共价键与跨膜蛋白（ N连接或O连接）【1分】，脂分子

头部【1分】或插入脂双分子层的脂肪酸羧基【1分】相连。 7. 举三个不同类型的例子说明―能量货币‖ATP在生命体内是如何提供能量的？（9分）

每例3分，所举例子必须类型不同，说明较完整。如酶活性的磷酸化共价修饰调节，糖原的磷酸化，肌球蛋白在肌肉收缩中对ATP的利用，分子伴侣（如GroEL/GroES）在蛋白质折叠中对ATP的利用，各种离子泵对ATP利用等。每例说明欠完整的给2分。对于比较牵强的举例，不给分或每例可酌情给1分。

8. 构象变化是功能蛋白在发挥作用时的普遍现象，请举三个典型例子加以说明。（12分）

每例4分，所举例子必须类型不同，说明较完整。典型性是指在功能描述时能给人以明显的构象变化印象，如肌肉收缩中各蛋白分子的构象变化，离子通道的开关调节，离子泵的跨膜翻转等。每例说明欠完整的给2-3分。对于比较牵强的举例，不给分或每例可酌情给1分。 10. 简述保持膜两侧电位的机制。离子在膜两侧的浓度分布。举例说明离子通道的工作机制及各自的选择性。

生物化学试题答案与评分标准(2012秋季，A卷)

二．任选一种离子通道，简述其结构（可使用草图说明）及其开关机制（7分）

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三．任选一种ATPase，简述其结构（可使用草图说明）及其转运机制（7分）

四．下图展示了生物体中几类重要的功能蛋白（Proteins）及其配体（Ligands）相互作用的Kd范围，这是在生物进化过程中形成的。请解释，与其他功能蛋白-配体的相互作用比较，为什么酶与其底物的Kd较大？（6分）

五．请以G蛋白偶联受体为例，说明：（a）细胞信号转导的主要特征；（b）细胞信号转导的基本要素、途径和产生细胞应答的机制；（c）GTP-结合蛋白（G－蛋白）的特征及其活化和失活的调节机制（可用图示说明）（d）请举一个例子说明细胞信号转导异常与疾病发生的关系（可用图示说明，12分）

六．正常细胞的膜电位、形成和维持机制；细胞膜内外差异分布的主要离子 （8分）

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三．任选一种ATPase，简述其结构（可使用草图说明）及其转运机制（7分）

四．下图展示了生物体中几类重要的功能蛋白（Proteins）及其配体（Ligands）相互作用的Kd范围，这是在生物进化过程中形成的。请解释，与其他功能蛋白-配体的相互作用比较，为什么酶与其底物的Kd较大？（6分）

五．请以G蛋白偶联受体为例，说明：（a）细胞信号转导的主要特征；（b）细胞信号转导的基本要素、途径和产生细胞应答的机制；（c）GTP-结合蛋白（G－蛋白）的特征及其活化和失活的调节机制（可用图示说明）（d）请举一个例子说明细胞信号转导异常与疾病发生的关系（可用图示说明，12分）

六．正常细胞的膜电位、形成和维持机制；细胞膜内外差异分布的主要离子 （8分）

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